SKRIPSI
INDRA GUNAWAN DONGORAN
071401080
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Sarjana Ilmu Komputer
INDRA GUNAWAN DONGORAN 071401080
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI
LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
Kategori : SKRIPSI
Nama : INDRA GUNAWAN DONGORAN
Nomor Induk Mahasiswa : 071401080
Program Studi : SARJANA (S1) ILMU KOMPUTER
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI
INFORMASI
Diluluskan di
Medan, 16 April 2015
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1
Sajadin Sembiring, S.Si, M.Comp.Sc Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc NIP. 196206242006041015 NIP. 196108171987011001
Diketahui/Disetujui oleh
Program Studi S1 Ilmu Komputer Ketua,
PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, 16 April 2015
PENGHARGAAN
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan
hidayah-Nya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini, sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Program Studi S1 Ilmu Komputer
Universitas Sumatera Utara.
Penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar–
besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan
Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku Ketua Program Studi S1 Ilmu
Komputer Universitas Sumatera Utara dan Dosen Pembanding I yang telah
memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan skripsi ini.
3. Ibu Maya Silvi Lydia, B.Sc, M.Sc selaku Sekretaris Program Studi S1 Ilmu
Komputer Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I
yang telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada penulis dalam
pengerjaan skripsi ini.
5. Bapak Sajadin Sembiring, S.Si, M.Comp.Sc selaku Dosen Pembimbing II
yang dengan sabar telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada
penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
6. Bapak Syahriol Sitorus, S.Si, MIT selaku Dosen Pembanding II yang dengan
sabar telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada penulis dalam
pengerjaan skripsi ini.
7. Pembantu Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi
Universitas Sumatera Utara, seluruh tenaga pengajar serta pegawai di Program
Studi S1 Ilmu Komputer Fasilkom-TI USU.
8. Ayahanda alm. H. Luddin Dongoran dan Ibunda Hj. Luminda Harahap yang
selalu memberikan doa dan dukungan serta kasih sayang kepada penulis, serta
abang/kakak tersayang Ahmad Suhaely Dongoran, S.P., Faisal Rahman
S.P yang terus memberikan dukungan dan dorongan bagi penulis untuk
menyelesaikan skripsi ini.
9. Teman-teman terdekat, terutama Ardiansyah Hsb, Subardi Wansyah, Berki
Rahmat,Yogi Aditya P, Nico Junari, Kalsum Mustika Nst, Reza Affandi Hsb
dan Yoga Nugraha Wakamenta atas semangat dan dorongannya sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Dan juga untuk teman-teman
seangkatan 2007 lainnya yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan
skripsi ini.
10.Dan semua pihak yang telah banyak membantu yang tidak bisa disebutkan
satu-persatu.
Semoga semua kebaikan, bantuan, perhatian, serta dukungan yang telah diberikan
kepada penulis mendapatkan pahala yang melimpah dari Allah SWT.
Medan, 16 April 2015
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
ABSTRAK
Salah satu masalah yang dihadapi oleh konsumen listrik adalah kesalahan pencatatan listrik yang mengakibatkan pembayaran tidak sesuai dengan pemakaian listrik. Pada saat ini sudah banyak teknologi yang digunakan untuk mengatasi masalah tersebut. Penggabungan KWH Meter dan Power Line Communication (PLC) merupakan salah satu solusi teknologi untuk mengurangi kesalahan pencatatan listrik. Manfaat yang diperoleh dari penggabungan teknologi ini mampu membaca dan menghitung pemakaian listrik tanpa merubah jaringan listrik itu sendiri. PLC melakukan pengiriman data hanya melalui kabel listrik. Alat ini dapat membantu petugas pencatat listrik sehingga mengurangi kesalahan pencatatan dan konsumen juga dapat mengetahui penggunaan listrik yang dipakai secara realtime. Untuk mempermudah petugas dalam pengambilan data jumlah pemakaian listrik, dibuat sebuah website yang dapat diakses dari mana saja.
Kata Kunci : Mikrokontroler, KWH meter, ATMega328, Raspberry Pi, Sensor Arus,
DESIGN OF ELECTRICAL ENERGY CALCULATION TOOL DIGITAL BASED USES KWH METER AND PLC
ABSTRACT
One of the problems faced by consumers of electricity are electrical recording errors that result in payment is not in accordance with the power consumption. At this time have a lot of technology that is used to resolve the issue. Merger KWH Meter and
Power Line Communication (PLC) is one of the technological solutions to reduce electrical recording errors. The benefits derived from the incorporation of this technology is able to read and calculate the power consumption without changing the power grid itself. PLC perform only data transmission through power lines. This tool can assist the registrar of electricity, thereby reducing recording errors and consumers can also find the use of electricity used in realtime. To facilitate data retrieval officer in the amount of electricity consumption, created a website that can be accessed from anywhere.
DAFTAR ISI
2.1.2 Biaya Pemakaian Listrik 8
2.2 Power Line Communication (PLC) 8
2.2.1 Arsitektur Jaringan Power Line Communication 9
2.2.1.1 PLC Access Network 10
2.2.1.2 PLC Home Networking 10
2.2.2 Kendala Power Line Communication (PLC) 11
2.2.2.1 Noise 11
2.3.1 Sejarah Raspberry Pi 15
2.3.2 Komponen Pada Raspberry Pi 16
2.4 Mikrokontroler 19
2.4.1 Fitur AVR ATMega328 20
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328 22
2.5 Protokol Komunikasi I2C 24
2.61 Hukum Biot-Savart 27
Bab III Analisis dan Perancangan
3.1 Komponen yang digunakan 29
3.2 Analisis 31
3.3 Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik 32 3.3.1 Desain Alat Penghitung Energi Listrik 32
3.3.1.1 Low Level Interface 32
3.3.1.2 Backend Processing 35
3.3.1.3 Frontend Processing 36
3.3.2 Hubungan antar Komponen Elektronik 37
3.3.3 Perancangan Website 39
3.3.3.1 Perancangan Halaman Login 39
3.3.3.2 Perancangan Halaman Utama 40
3.3.3.3 Perancangan Halaman About 41
Bab IV Implementasi Sistem
4.1 Implementasi 42
4.1.1 Lingkungan Implementasi 42
4.2 Implementasi Rangkaian ATMega328 43
4.3 Implementasi Raspberry Pi dan PCB ATMega328 44
4.4 Implementasi Sensor Arus 46
4.5 Implementasi Display LCD 47
4.6 Implementasi Website 48
4.7 Implementasi Power Line Communication (PLC) 50
Bab V Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 52
5.2 Saran 52
Daftar Pustaka 53
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tarif Tenaga Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga 8
Tabel 2.3 LED Indikator 17
Tabel 3.1 Tabel Peralatan yang Digunakan 29
Tabel 3.2 Rincian Komponen Elektronik 30
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.2 Segitiga Daya Listrik 6
Gambar 2.2 Ilustrasi Arsitektur Jaringan PLC 10
Gambar 2.3 Raspberry Pi 15
Gambar 2.3.2 (a) Bagian Atas Raspberry Pi, (b) Bagian Bawah Raspberry Pi 18
Gambar 2.4.1 Arsitektur ATMega328 22
Gambar 2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328 24
Gambar 2.6.1 Medan Magnet di sekitar Kawat Lurus 27
Gambar 3.1 Hubungan Antara Komponen Utama 32
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Arus 33
Gambar 3.3 Sensor SCT-013 33
Gambar 3.4 Skema Display LCD 2x16 35
Gambar 3.5 Display LCD 2x16 35
Gambar 3.6 Skema Rangkaian PCB ATMega328 36
Gambar 3.7 Raspberry Pi Model B 37
Gambar 3.8 Flowchart Alat Penghitung Energi Listrik 37
Gambar 3.9 Hubugan antar Komponen Elektronik 38
Gambar 3.10 Rancangan Halaman Login 39
Gambar 3.11 Rancangan Halaman Utama 40
Gambar 3.12 Rancangan Halaman About 41
Gambar 4.1 Papan PCB ATMega328 44
Gambar 4.2 Software Win32DiskImager 45
Gambar 4.3 Pemilihan File .img di Win32DiskImager 45
Gambar 4.4 Raspberry Pi dan PCB ATMega328 46
Gambar 4.5 Implementasi Sensor Arus 47
Gambar 4.6 Display LCD sebelum penggabungan dengan PCB ATMega328 47 Gambar 4.7 Display LCD setelah penggabungan dengan PCB ATMega328
dan Raspberry Pi 48
Gambar 4.8 Implementasi Halaman Login 48
Gambar 4.9 Implementasi Halaman Utama 49
Gambar 4.10 2 Buah Power Line Communication 50
Gambar 4.11 Alat Penghitung Energi Listrik Terhubung dengan PLC 51
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
ABSTRAK
Salah satu masalah yang dihadapi oleh konsumen listrik adalah kesalahan pencatatan listrik yang mengakibatkan pembayaran tidak sesuai dengan pemakaian listrik. Pada saat ini sudah banyak teknologi yang digunakan untuk mengatasi masalah tersebut. Penggabungan KWH Meter dan Power Line Communication (PLC) merupakan salah satu solusi teknologi untuk mengurangi kesalahan pencatatan listrik. Manfaat yang diperoleh dari penggabungan teknologi ini mampu membaca dan menghitung pemakaian listrik tanpa merubah jaringan listrik itu sendiri. PLC melakukan pengiriman data hanya melalui kabel listrik. Alat ini dapat membantu petugas pencatat listrik sehingga mengurangi kesalahan pencatatan dan konsumen juga dapat mengetahui penggunaan listrik yang dipakai secara realtime. Untuk mempermudah petugas dalam pengambilan data jumlah pemakaian listrik, dibuat sebuah website yang dapat diakses dari mana saja.
Kata Kunci : Mikrokontroler, KWH meter, ATMega328, Raspberry Pi, Sensor Arus,
DESIGN OF ELECTRICAL ENERGY CALCULATION TOOL DIGITAL BASED USES KWH METER AND PLC
ABSTRACT
One of the problems faced by consumers of electricity are electrical recording errors that result in payment is not in accordance with the power consumption. At this time have a lot of technology that is used to resolve the issue. Merger KWH Meter and
Power Line Communication (PLC) is one of the technological solutions to reduce electrical recording errors. The benefits derived from the incorporation of this technology is able to read and calculate the power consumption without changing the power grid itself. PLC perform only data transmission through power lines. This tool can assist the registrar of electricity, thereby reducing recording errors and consumers can also find the use of electricity used in realtime. To facilitate data retrieval officer in the amount of electricity consumption, created a website that can be accessed from anywhere.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Dewasa ini, kemajuan teknologi semakin cepat dan canggih. Hal ini sangat membantu
manusia dalam memenuhi kebutuhan di zaman modern seperti saat ini. Kemajuan ini
juga berdampak pada penggunaan listrik yang sangat tinggi karena peralatan listrik di
rumah-rumah akan mengkonsumsi energi listrik. Untuk mengetahui besarnya
pemakaian listrik dapat menggunakan alat yaitu KWH (Kilo Watt Hour) meter.
KWH meter adalah alat ukur untuk menghitung dan mengetahui jumlah
pemakaian energi listrik yang biasa dipakai baik di lingkungan perumahan,
perkantoran maupun industri. Dalam perkembangannya KWH meter selain
menggunakan sistem analog (listrik pascabayar) juga menggunakan sistem digital
(listrik prabayar).
Pada listrik prabayar, konsumen harus mengeluarkan uang atau membayar
dulu energi listrik yang akan dikonsumsinya (PLN, 2012). Pelanggan tinggal membeli
pulsa listrik dengan nominal tertentu, masukkan kode token pada meteran, dan setrum
listrik pun akan bertambah. Namun, banyak yang kalangan yang masih enggan
menggunakan listrik tipe ini. Karena salah satu kelemahan penggunaan layanan listrik
prabayar adalah listrik akan mati secara otomatis ketika pulsa habis sehingga
konsumen harus sering memantau sisa pulsa (Ahmad, 2013).
Pada listrik pascabayar, konsumen hanya perlu membayar listrik sebesar
penggunaannya dan membayar tagihan pada tanggal yang sudah di tetapkan PLN.
Konsumen masih suka dengan cara seperti itu. Konsumen tidak perlu direpotkan
mereka. Diantaranya memodifikasi KWH meter agar menjadi lambat putarannya,
bahkan merubah/menggandakan jalur listrik yang berada di atas plafon.
Dari sisi konsumen, listrik pascabayar juga dapat merugikan mereka
dikarenakan sistem pencatatan yang masih manual sehingga kemungkinan terjadinya
kesalahan penghitungan cukup.
Dengan melihat kerugian di atas, penulis membuat sebuah alat yang dapat
menghitung energi listrik pemakaian konsumen secara keseluruhan dengan
menggunakan mikrokontroler ATMega328, Raspberry Pi dan kabel listrik sebagai
pengiriman data ke komputer tanpa merubah KWH meter dan jaringan listrik di
rumah. Untuk menampilkan hasil perhitungan tersebut penulis juga membuat aplikasi
antarmuka berbasis web sehingga memudahkan penulis dalam menganalisa data
pemakaian listrik konsumen.
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul “Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik Berbasis Digital Menggunakan KWH Meter dan PLC”.
1.2Rumusan Masalah
Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah mengapa konsumen tidak
mendapatkan jumlah pemakaian listrik yang akurat dan dapat dipercaya, serta
bagaimana alat penghitung energi listrik ini bekerja tanpa merubah sistem jaringan
listrik yang telah ada.
1.3Batasan Masalah
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada :
1. Pemakaian energi listrik pada rumah tangga
2. Alat ini dapat dipakai listrik 3 fasa dan diujikan pada listrik 1 fasa
3. Alat ini dipasang pada tiang listrik
4. Satu alat hanya untuk satu rumah.
5. Tidak membahas bagaimana data pemakaian listrik dilanjutkan oleh router
6. Penelitian ini tidak membahas perancangan PLC
1.4Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang alat penghitung energi listrik berbasis digital
dengan penerapan gabungan dua teknologi KWH meter dan Power Line Communication. Untuk menampilkan hasil output perhitungan energi listrik penulis membuat aplikasi antarmuka berbasis web.
1.5Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membantu petugas PLN dalam pencatatan meteran listrik sehingga tidak harus
berkeliling ke rumah-rumah pelanggan lagi.
2. Salah satu alternatif pilihan bagi konsumen yang tidak ingin menggunakan
listrik prabayar.
3. Meningkatkan kepercayaan konsumen terhadap PLN.
1.6Metode Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai
berikut:
1. Studi Literatur
Melakukan studi kepustakaan melaui hasil penelitian berupa buku, jurnal, dan
artikel-artikel yang relevan, serta mempelajari lebih dalam teori-teori tentang
listrik, Power Line Communication (PLC) dan mikrokontroller. 2. Pengumpulan Data
Tahapan selanjutnya yaitu pengumpulan data yang berhubungan dengan
penelitian.
3. Analisis dan Perancangan Sistem
Melakukan analisis terhadap masalah yang ada untuk mendapatkan solusi dari
1.7Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang masalah dari penelitian yang akan dilakukan
beserta batasannya, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian dan
sistematika penulisan tugas akhir ini.
BAB 2 LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang beberapa teori yang mendukung penelitian akan dibahas pada
bab ini. Teori yang dibahas seperti Listrik, Power Line Communication, Mikrokontroler ATMega328, Raspberry Pi, dan I2C Communication Protocol.
BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN
Bab ini merupakan perancangan sistem KWH meter digital yang akan dibangun
dengan menganalisa dan setiap komponen sistem yaitu KWH meter, mikrokontroler,
Power Line Communication dan aplikasi antarmuka hasil pemakaian listrik.
BAB 4 IMPLEMENTASI SISTEM
Bab ini merupakan implementasi secara nyata dari sistem yang telah dirancang
sebelumnya, dalam bentuk hardware (KWH meter digital dan Power Line Communication) dan software (aplikasi antarmuka hasil pemakaian listrik).
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan hasil penelitian berupa solusi dari masalah yang dibahas
dalam penelitian. Bab ini juga berisikan saran untuk penelitian kedepannya agar dapat
dikembangkan atau melanjutkan penelitian yang berkaitan dengan masalah yang
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Listrik
Listrik merupakan suatu muatan yang terdiri dari muatan positif dan muatan negatif,
dimana sebuah benda akan dikatakan memiliki energi listrik apabila suatu benda itu
mempunyai perbedaan jumlah muatan. Energi listrik banyak di gunakan untuk
berbagai peralatan atau mesin. Energi listrik tidak dapat dilihat secara langsung namun
dampak atau akibat dari energy listrik dapat dilihat seperti sinar atau cahaya bola
lampu.
Satuan-satuan listrik yang paling umum kita gunakan sehari-hari adalah
(ILR,2011) :
Tegangan listrik (voltage) dalam satuan volt (V)
Arus listrik (current) dalam satuan ampere (A)
Frekuensi (frequency) dalam satuan Hertz (Hz)
Daya listrik (power) dalam satuan watt (W) atau volt-ampere (VA) dan energi
listrik dalam satuan watt-hour (Wh) atau kilowatt-hour (kWh).
2.1.1 Daya Listrik
Untuk menghitung pemakaian listrik dapat dihitung dari daya listrik. Daya listrik
merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Dalam
sistem listrik arus bolak-balik, dikenal 3 jenis daya yaitu :
Daya Nyata ( simbol : S ; satuan : VA (Volt Ampere))
Daya Reaktif (simbol :Q ; satuan : VAR (Volt Ampere Reaktif))
Daya Aktif adalah daya yang digunakan untuk energi kerja sebenarnya. Daya
inilah yang dikonversikan menjadi energi tenaga (mekanik), cahaya atau panas.
Satuan daya aktif adalah watt.
Daya Reaktif adalah daya yang digunakan untuk pembangkitan fluks
magnetik atau medan magnet. Satuannya adalah VAR. contoh peralatan listrik yang
memerukan daya reaktif adalah motor listrik atau dinamo, trafo, ballast lampu
konvensional dan peralatan listrik lain yang menggunakan proses induksi listrik lilitan
untuk operasinya.
Daya Nyata dengan satuan VA adalah total perkalian antara arus dan
tegangan pada suatu jaringan listrik atau penjumlahan dengan metode trigonometri
dari daya aktif dan reaktif dalam segitiga daya.
Hubungan antara ketiga jenis daya ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.2.
Gambar 2.1.2 Segitiga Daya Listrik
Sumber : ILR, 2012
Dengan melihat hubungan ketiga daya tersebut. Rumus untuk daya nyata
adalah perkalian antara arus dan tegangan, yaitu :
Dimana :
S = Daya Nyata (VA)
V = Voltage/Tegangan (Volt)
I = Arus (Ampere)
Sedangkan hubungan antara daya nyata dan daya aktif dapat dihitung dengan
rumus trigonometri sebagai berikut :
Cos
φ
=
�
/
�
�
=
�
�
Cos
φ
P = V x I x Cos
φ
Rumus untuk daya aktif adalah :
P = V x I x cos
φ
Dimana :
P = Daya Aktif (watt)
V = Tegangan (volt)
I = Arus (ampere)
Cos φ = Faktor daya
Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos φ didefinisikan sebagai
perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian
terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai
perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi akan
meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah.
2.1.2 Biaya pemakaian listrik
Biaya listirk sangat tergantung dari jumlah pemakaian listrik (industri, bisnis, sosial,
dan rumah tangga). Berdasarkan Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral
Nomor 31 Tahun 2014, tarif tenaga listrik yang disediakan oleh perusahaan perseroan
(PERSERO) PT. Perusahaan Listri Negara sebagaimana terlihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tarif Tenaga Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga Berlaku Mulai Januari 2015
*) Ditetapkan Rekening Minimum (RM) :
RM1 = 40 (Jam Nyala) x Daya Tersambung (kVA) x Biaya Pemakaian
Jam Nyala : kWh per bulan dibagi dengan kVA tersambung.
2.2 Power Line Communication (PLC)
Power Line Communication (PLC) merupakan teknologi yang menggunakan koneksi
kabel listrik yang dapat digunakan pada jaringan listrik yang telah ada untuk
untuk mentransfer data, gambar dan suara. Kecepatan maksimal yang bisa diraih
menggunakan teknologi ini kurang lebih mendekati kecepatan koneksi transmisi data
menggunakan fiber optic, mulai dari 256 Kbit/s sampai 45Mbit/s.
Power Line Communication ini bukan lah ssebuah teknologi baru. Pada
tahun 1991 Dr. Paul Brown ditunjuk untuk memimpin grup riset kecil pada Open
University di inggris untuk menyelidiki kelayakan telekomunikasi melalui kabel
listrik. Dia menemukan bahwa di masa lalu banyak insinyur yang telah berjuang
dengan ide-ide yang sama tetapi gagal karena noise. Dr. Brown beserta rekan-rekan
tim risetnya menemukan suatu ide menggunakan sinyal-sinyal pada frekuensi tinggi
diatas frekuensi yang secara potensial mengubah noise. Meskipun begitu ide ini juga
mengelami kendala yaitu sinyal-sinyal frekuensi tinggi tidak mampu berjalan cukup
jauh dan gaung atau pantulan dalam sistem dapat secara efektif menenggelamkan
sinyal-sinyal itu. Sehingga tim riset memutuskan untuk menggunakan lebih dari satu
frekuensi dan mengirim data dalam bentuk paket-paket diskrit yang dipandu oleh
beberapa bentuk sistem pensinyalan (Elektro Indonesia, 1990).
Komunikasi dengan Power Line Communication dimana sinyal pembawa
ditumpangkan pada saluran transmisi tenaga sehingga menjadi rangkaian frekuensi
tinggi, pada umumnya berkisar antara puluhan kilohertz sampai dengan ratusan
kilohertz (Gani, H, 2005). Analoginya, arus listrik mengalir seperti air laut yang
menghasilkan gelombang dan buih. Gelombang adalah arusnya, sedangkan buih
berupa noisenya. Noise inilah yang dimanfaatkan oleh teknologi PLC untuk
menghantarkan sinyal suara atau data.
2.2.1 Arsitektur Jaringan Power Line Communication (PLC)
Secara umum, PLC dikembangkan menjadi dua macam arsitektur yaitu outdoor-PLC
yaitu PLC untuk menghantarkan internet melalui jaringan listrik dan indoor-PLC,
yaitu PLC untuk jaringan lokal dalam sebuah Local Area Network (LAN). Banyak
sekali istilah yang digunakan untuk kedua arsitektur ini. Outdoor-PLC dikenal dengan
PLC Access Network atau Access Broadband Power Line (BPL), sedangkan
indoor-PLC dikenal juga dengan indoor-PLC Home Networking. Aristektur jaringan indoor-PLC
Gambar 2.2 Ilustrasi Arsitektur Jaringan PLC
2.2.1.1PLC Access Network
PLC Access Network adalah jaringan yang menghubungkan antara pelanggan dengan
jaringan backbone telekomunikasi, dimana jaringan ini terletak antara pelanggan
dengan transformator, atau jaringan yang terdapat dalam satu transformator. Dari
transformator sinyal akan dihubungkan dengan jaringan telekomunikasi lainnya
sebagai backbone seperti Fiber Optic, xDSL dan Wireless Local Loop (WLL) (Syahrul, 2001).
Sinyal yang berasal dari backbone network di transformer akan melalui suatu
perangkat PLC yang mengkonversikan sinyal agar dimengerti oleh PLC yang menuju
ke pelanggan/rumah.
2.2.1.2PLC Home Networking
PLC Home Networking adalah network terminal yang terdapat di pelanggan.rumah.
Pada dasarnya perangkat yang terkenal di pelanggan berdasarkan fungsinya dapat di
bagi lagi menjadi (Syahrul, 2001) :
a. Conditioning Unit
b. Service Unit
Service Unit yang dihubungkan ke conditioning unit berfungsi sebagai interface ke telepon (voice) atau komputer (komunikasi data), dimana kedua
aplikasi tersebut dapat di gunakan tanpa saling mengganggu. Service unit ini sifatnya plug and play sehingga dapat dipindah-pindahkan.
2.2.2 Kendala Power Line Communication (PLC)
Kabel listrik juga merupakan sistem terbuka (open network) dimana sinyal bisa keluar (jaringan listrik merupakan suatu antena yang dapat menimbulkan radiasi
elektromagnetik yang dapat menggangu sistem komunikasi dan juga terbuka dari luar
(Suprianto, 2009).
PLC sebagai teknologi yang memanfaatkan saluran listrik untuk
menumpangkan sinyal suara dan data, tentunya dihadapkan kendala-kendala yang
cukup rumit. Hal ini disebabkan berbagi kenyataan bahwa PLC mengambil tempat
secara langsung pada jaringan dimana kebanyakan dari peralatan listrik dioperasikan,
akibatnya level noise pada jaringan akan menjadi tinggi. Level noise bergantung pada sejumlah keadaan, seperti alam dan sumber-sumber buatan dari radiasi
elektromagnetik, struktur fisik dan parameter jaringan.
Beberapa kendala yang terkait dengan jarinngan listrik adalah noise, distorsion, disturbancem dan attenuation. tentunya hal ini akan mempengaruhi kualitas dari pengiriman suara dan data, sehingga diperlukan suatu metode modulasi
yang mampu memberikan solusi pemecahannya (Widodo, 2004).
2.2.2.1Noise
Setiap jaringan listrik menerima sinyal litrik yang diradiasikan oleh alat-alat pada
jaringan tersebut dan diemisikan oleh sumber-sumber lainnya. Karena itu mengapa
2.2.2.2Distorsion
Permasalahan lain yang harus dihadapi pada jaringan listrik adalah distorsion
(peyimpangan). Dimana distorsion ini dapat muncul selama kerangka waktu milidetik sampai beberapa menit. Distorsion disebabkan oleh peralatan mesin bor, oven microwave, blender, dan lampu yang di on/off (Marzuki, 2008).
2.2.2.3Attenuation
Salah satu masalah utama dari PLC adalah attenuation (pelemahan) sinyal yang sangat tinggi, terutama jika frekuensi kerjanya diatas kisaran puluhan MHz. Adanya
attenuation ini akan menyebabkan menurunkan tingkat sinyal pada suatu jarak tertentu (Lutfianto, 2012).
2.2.2.4Disturbance
Keanehan sistem PLC penting lainnya adalah sering terjadinya berbagai macam
disturbance dari jaringan. Jaringan tegangan rendah tidak dapat membangun transmisi data dan ada beberapa kerugian untuk pemakaian dalam telekomunikasi. Karena itu
jaringan PLC kelihatan menjadi lebih terganggu dari pada jaringan komunikasi kawat
lainnya. Karena aturan regulasi yang ketat untuk radiasi elektromagnetik dari jaringan
PLC terhadap lingkungan, sistem PLC harus bekerja dengan daya sinyal yang sangat
rendah. Hal ini membuat sistem PLC lebih sensitive terhadap disturbance dan sistem
transmisi PLC harus menghadapi problem ini. Sampai kini SNR cukup untuk
menghindari disturbance dalam jaringan, namun sampai saat ini tidak ada pemakaian metode khusus untuk melawan disturbance yang terjadi (Widodo, 2004).
2.2.3 Metode Modulasi
Secara konseptual sistem transmisi PLC pada powerline cukup sederhana, yaitu dengan cara menitipkan sinyal data telekomunikasi pada noise yang ada pada listrik. Namun, secara teknis untuk menumpangkan sinyal data diperlukan frekuensi rendah
dengan kisaran 1-50 Hz dan membutuhkan kondisi tegangan listrik yang stabil.
Karena pada frekuensi tinggi bias terjadi radiasi dari kabel listrik yang dapat
tinggi menghasilkan Signal to Noise Ratio (SNR) yang kecil. Sedangkan kualitas kirim suara dan data sangat dipengaruhi oleh bandwidth, frekuensi yang digunakan dan SNR. Bandwidth tinggi dicapai dengan menggunakan kisaran frekuensi yang tinggi atau dengan menaikkan level SNR. Untuk menaikkan level SNR, dibutuhkan
injeksi sinyal yang lebih tinggi. Sementara standar frekuensi yang dialokasikan untuk
PLC berada sekitar 1-50 Hz.
Masalah tersebut dapat diatasi dengan cara menggunakan dua buah metode
modulasi (Widodo, 2004):
1. Teknik Modulasi CDM (Code Division Multiplexing) atau Spread Spectrum
Dalam menggunakan metode ini, sinyal infomasi dapat tersebar dalam
kisaran frekuensi yang lebar. Tingkat sinyal informasi dibuat sangat rendah dengan
harapan ridak akan terganggu tingkat noise yang sangat tinggi di PLC.
Spread Spectrum menggunakan sinyal yang mirip dengan noise pada
wideband. Karena mirip dengan noise, sinyal ini sulit dideteksi keberadaannya, sinyal
spread spectrum juga sulit di intercept atau di-demodulasi. Lebih jauh, sinyal spread spectrum lebih sulit untuk diganggu (jam) daripada sinyal narrowband. Sifat Low Probability of Intercept (LPI) dan anti-jam (AJ) ini adalah alasan mengapa pihak
militer telah menggunakan spread spectrum selama bertahun-tahun. Sinyal spread spectrum secara sengaja dibuat lebih lebar daripada informasi yang dibawa sehingga
menyamarkan sinyalnya sebagai noise. Kode yang digunakan pada sistem spread spectrum memiliki sifat acak tetapi periodic sehingga disebut sinyal acak semu (pseudo random). Kode tersebut bersifat sebagai noise tapi deterministic sehingga disebut juga noise semu (pseudo noise). Pembangkit sinyal kode ini disebut Pseudo Random Generator (PRG) atau Pseudo Noise Generator (PNG). PRG inilah yang akan melebarkan dan sekaligus mengacak sinyal data yang akan dikirimkan.
Pada metode modulasi ini data mengalir pada frekuensi yang sangat tinggi,
hal ini dapat dianalogikan bahwa kabel adalah sebuah saluran yang terdiri dari
dengan frekuensi sekitar 50 Hz, sedangkan dengan metode spread spectrum ini, data mengalir melalui pipa dengan frekuensi 1-30 MHz.
2. Teknik Modulasi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
OFDM adalah sebuah bentuk teknik transmisi yang menggunakan beberapa
buah frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal), menggunakan banyak frekuensi (multicarrier), dan menggunakan Discrete Fourier Transfer (DFT). Metode modulasi ini dipergunakan banyak vendor karena dinilai cukup stabil. Berbeda dengan teknik
modulasi sebelumnya, pada teknik ini data dititipkan pada gelombang listrik sendri.
Efisiensi modulasinya dapat mencapai 5 bit per hz yang lebih tinggi dari metode
modulasi lainnya.
2.2.4 Kelebihan dari PLC
Sebagai sebuah alat, PLC juga mempunyai beberapa kelebihan antara lain :
1. Proses pemasangan mudah
Dengan memasang perangkat PLC pada gardu distribusi sebuah gedung, maka
seluruh computer dalam gedung sudah dapat saling terhubung.
2. Biaya yang digunakan sedikit
Biaya yang dimaksud adalah dalam hal instalasi, karena pada teknologi PLC
menggunakan jaringan yang sudah ada dan tidak perlu membangun jaringan
baru lagi.
3. Perawatan tidak susah
Perawatan terhadap jaringan listrik maka sekaligus jalur data tersebut juga
mengalami perawatan, karena menggunakan media yang sama.
4. Mudah dipindah
2.3 Raspberry Pi
Raspberry Pi adalah sebuah SBC (Single Board Computer) seukuran kartu kredit yang dikembangkan oleh Yayasan Raspberry Pi di inggris (UK) dengan maksud untuk
memicu pengajaran ilmu komputer dasar di sekolah-sekolah (Putra, 2012).
Raspberry Pi telah dilengkapi dengan semua fungsi layaknya sebuah
komputer lengkap, menggunakan SoC (System on a Chip) ARM yang dikemas dan diintegrasikan diatas PCB (papan sirkuit) dengan dimensi 5.5 cm x 8.5 cm dan
ketinggian 2 cm seperti pada Gambar 2.3. (GudangLinux, 2013).
Gambar 2.3 Raspberry Pi
2.3.1 Sejarah Raspberry Pi
Pada tahun 2006, Eben Upton dan rekan-rekannya di University of Laboratorium
Komputer Cambridge termasuk Rob Mullins, Jack Lang dan Alan Mycroft memiliki
ide untuk membuat sebuah komputer kecil dan murah yang dapat digunakan oleh
anak-anak. Eben dan rekan-rekanya membuat komputer tersebut karena khawatir
tentang penurunan angka dari tahun ke tahun dan tingkat ketrampilan siswa Ilmu
Komputer pada setiap tahun akademik. Tidak banyak yang dapat dilakukan
sekelompok kecil orang untuk mengatasi masalah sepert kurikulum sekolah yang tidak
mewujudkan komputer murah dimana saat situasi komputer telah menjadi begitu
mahal (Raspberry. 2006).
Pada tahun 2008, prosesor dirancang untuk perangkat mobile sehingga
menjadi lebih terjangkau dan cukup kuat untuk mendukung multimedia. Dengan fitur
tersebut Eben dan rekan-rekannya merasa akan membuat komputer yang diinginkan
oleh anak-anak yang awalnya tidak tertarik dalam pemrograman berorientasi.
Kemudian Eben, Rob, Jack dan Alan, bekerja sama dengan Pete Lomas, MD dari
desain dan pembuatan hardware di perusahaan Norcott Technologies, dan David
Braben, Co-Writer Mikro di BBC untuk membentuk Raspberry Pi Foundation
(Raspberry. 2006).
Raspberry Pi Foundation adalah sebuah lembaga amal pendidikan yang
terdaftar (nomor registrasi 1129409) yang berbasis di inggris. Tujuan yayasan tersebut
adalah untuk memajukan pendidikan orang dewasa dan anak-anak, khususnya di
bidang komputer, ilmu komputer dan mata pelajaran yang terkait (Raspberry. 2006).
2.3.2 Komponen Pada Raspberry Pi
Pada Raspberry Pi ada beberapa komponen yang mendukung agar tercipta sebuah
komputer mini. Komponen tersebut dideskripsikan dibawah ini dan dapat dilihat pada
Gambar 2.3.2 (Richard & Wallace, 2012).
A. Prosesor
Pada jantung Raspberry Pi terdapatlah prosesor yang dapat ditemukan pada
iPhone 3G dan Kindle 2, jadi kapabilitas Raspberry Pi dapat dibandingkan
dengan perangkat-perangkat kecil tersebut. Chip ini terbuat dari arsitektur
ARM11 32 bit dan 700 MHz. Chip ARM hadir dalam berbagai arsitektur
dengan inti yang berbeda yang dapat dikonfigurasi untuk memberikan
kemampuan yang berbeda pada harga tertentu. Raspberry Model B memiliki
RAM berukuran 512 MB dan Model A memiliki RAM berukuran 256 MB.
B. Slot Secure Digital Card (SD Card).
Untuk media penyimpanan Raspberry tidak menggunakan harddrive, melainkan di SD Card. Dengan ukuran SD Card yang kecil lebih memudahkan
C. USB Port
Pada Model B ada dua USB Port 2.0, namun pada Model A hanya ada satu
USB Port. USB Port ini dapat dihubungkan dengan beberapa peripheral seperti: mouse, keyboard, dll.
D. Ethernet Port
Model B memiliki sebuah Ethernet Port RJ45 standar. Model A tidak, namun dapat dihubungkan ke jaringan kabel dengan adapter USB Ethernet (port pada Model B sebenarnya adalah adapter USB to Ethernet onboard). Pilihan lainnya adalah dengan menggunakan USB Dongle untuk koneksi WiFi.
E. Konektor HDMI
Port HDMI menyediakan output audio dan video digital. Mendukung 14 resolusi video yang berbeda, dan sinyal HDMI dapat dikonversi ke DVI
(banyak digunakan dibeberapa monitor).
F. LED indikator/status
Raspberry Pi memiliki lima LED indikator yang memberikan pemberitahuan,
seperti pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 LED Indikator
ACT Hijau Menyala ketika SD card diakses
PWR Merah Dihubungkan ke daya 3,3 Volt
FDX Hijau Menyala ketika adapter jaringan full duplex
LNK Hijau Indikator aktifitas jaringan
100 Kuning Menyala ketika koneksi jaringan 100Mbps
G. Output Audio Analog
Ini adalah sebuah jack audio analog mini standar 3,5 mm, yang ditujukan
H. Output Composite Video
Ini adalah jack tipe RCA standar yang menyediakan sinyal Composite Video
NTSC atau PAL. Format video ini sangatlah terhitung resolusi rendah bila
dibandingkan HDMI. Jika memiliki televisi atau monitor lebih baik gunakan
HDMI.
I. Input Daya
Pertama kali yang disadari adalah tidak adanya saklar daya pada Raspberry Pi.
Konektor mikroUSB digunakan sebagai penyalur daya (mikroUSB ini
bukannlah USB Port tambahan, ini hanya digunakan untuk daya).
(a)
(b)
2.4 Mikrokontroller
Kemajuan teknologi di bidang elektronika begitu pesat sejak ditemukannya transistor.
Dengan cepat perangkat semikonduktor ini menggantikan posisi tabung hampa karena
ukurannya yang lebih kecil dan harganya yang jauh lebih murah. Transistor kemudian
membawa kepada penemuan integrated circuit (IC), sebuah perangkat semikondukto yang berisi dari beberapa buah transistor sampai jutaan transistor yang membentuk
suatu rangkaian dengan fungsi tertentu, dari penguat operasional smpai pengolah
sinyal digital. Dari transistor ini lahirlah mikrokontroller.
Mikrokontroller telah banyak digunakan di berbagai peralatan elektronik,
dari peralatan rumah tangga, perangkat audio-video, pengendali mesin-mesin industri
sampai pesawat ruang angkasa. Atmel sebagai salah satu vendor yang
mengembangkan dan memasarkan produk mikrokontroller telah menjadi suatu
teknologi standar bagi para desainer sistem elektronika masa kini. Dengan
perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Rice Processor), para
desainer sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki kapabilitas
yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal.
Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua
instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1
siklus clock. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang
membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari
segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama
(Wardhana, 2006).
Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroller adalah sebagai
berikut (Berlian, et al. 2010):
ROM (Read Only Memory)
ROM seringkali disebut sebagai kode memori karena berfungsi untuk tempat
RAM (Random Access Memory)
RAM digunakan oleh mikrokontroller untuk tempat penyimpanan variabel.
Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya jika
tidak mendapatkan catu daya.
Register
Merupakan tempat penyimpanan nilai-nilai yang akan digunakan dalam proses
yang telah disediakan oleh mikrokontroller
Special Function Register
Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalannya
mikrokontroller. Register ini terletak pada RAM
Input dan Output Pin
Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar, pin
ini dapat dihubungkan ke berbagi media inputan seperti keypad, sensor dan sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan
signal dari hasil proses algoritma mikrokontroller
Interrupt
Interrupt bagian dari mikrokontroller yang berfungsi sebagai bagian yang
dapat melakukan interupsi, sehingga ketika program utama sedang berjalan,
program utama tersebut dapat diinterupsi dan menjalankan program interupsi
terlebih dahulu.
Beberapa interrup pada umumnya adalah sebagai berikut :
Interrupt Eksternal
Interrupt akan terjadi bila ada inputan dari pin interrupt
Interrup timer
Interrup akan terjadi bila waktu tertentu telah tercapai
Interrupt serial
Interrupt yang terjadi ketika ada penerimaan data dari komunikasi serial
2.4.1 Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari Atmel yang mempunyai aristektur
RISC (Reduce Instruction Set Computing) yang dimana setiap proses eksekusi data
Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain (Ginting, 2012):
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus
clock.
32 x 8-bit register serba guna.
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunakan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat peyimpanan data semi permanen
karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2 KB.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Modulation) output.
Master/Slave SPI serial interface.
Mikrokontroller Atmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan
memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan
kerja dan parallelism. Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya
sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan
instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna
digunakan untuk mendukung operasi ALU (Arithmatic Logic Unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3
buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil
data pada ruang memori data (Berlian, et al. 2010).
Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26
dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan
R31). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori
program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit (Ginting, 2012).
Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan
fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/Counter, Interupsi, ADC,
USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register-register ini menempati
memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh (Berlian, et al. 2010).
Berikut ini adalah tampilan arsitektur Atmega328 :
Gambar 2.4.1 Arsitektur ATMega328
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328
ATMega328 merupakan mikrokontroller keluarga AVR 8-bit. Beberapa tipe
mikrokontroller yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535,
ATMega16, ATMega32, ATMega328, yang membedakan antara mikrokontroller
antara lain adalah ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripheral
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC dan
PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya.
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8-bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu Port B juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti dibawah ini :
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2A (PB3) dapat difungsikan sebagai
keluaran PWM (Pulse width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur
komunikasi SPI.
d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock
eksternal untuk timer.
e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroller.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7-bit yang dapat difungsikan sebagai input/output
digital. Fungsi alternatif Port C antara lain sebagai berikut :
a. ADC6 channel (PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5) dengan resolusi 10-bit. ADC dapat digunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog
menjadi data digital.
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada Port C.
I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang
memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8-bit yang masing-masing pin-nya dapat
difungsikan sebagai input/output. Fungsi alternatif lainnya sebagai berikut : a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan
sedangkan RXD yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data
serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebgai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misal pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi
hardware/software maka program utama akan berhenti dan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock eksternal untuk USART, namun dapat juga memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan eksternal clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter eksternal untuk timer 1 dan
timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
Gambar 2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328
2.5 Protokol Komunikasi I2C
Mengatasi terbatasnya jumlah kaki IC prosesor, beberapa perusahaan IC
ke IC pendukungnya, transfer data secara seri antar IC ini tidak ada hubungannya
dengan transfer data seri yang biasa dipakai untuk modem. Sebuah IC memori dengan
kapasitas 2 KB yang dibentuk dengan teknik transfer data secara parallel paling tidak
mempunyai 24 kaki, yaitu :
8 kaki untuk jalur data
11 kaki untuk jalur penomoran memori (jalur alamat)
3 kaki untuk jalur control
2 kaki untuk catu daya
Teknik transfer data secara seri antar IC dikembangkan oleh 3 perusahaan IC,
yang pertama adalah teknik I2C (Inter Integrated Circuit) yang dikenalkan oleh
Philips, teknik SPI (Serial Peripheral Interface) dari Motorala dan teknik MicroWire
ciptaan National Semikonductor. Teknik I2C memakai 2 jalur untuk keperluan
transfer data secara seri, sedangkan SPI dan MicroWire memakai 3 jalur. Semua
teknik mempunyai 1 jalur untuk Clock, I2C hanya punya satu jalur data 2 arah,
sedangkan SPI dan MicroWire mempunyai 2 jalur data satu arah, masing-masing
untuk jalur data masuk dan jalur data keluar.
I2C merupakan bus standar yang didesain oleh Philips pada awal tahun
1980an untuk memudahkan komunikasi antar komponen yang tersebar pada papan
rangkaian. Pada awalnya, kecepatan komunikasi maksimumnya diset pada 100kbps
karena pada awalnya kecepatan tinggi blum dibutuhkan pada transmisi data. Untuk
yang membutuhkan kecepatan tinggi, ada mode 400kbps dan sejak 1998 ada mode
kecepatan tinggi 3,4 Mbps. I2C tidak hanya digunakan pada komponen yang terletak
pada satu board, tetapi juga digunakan untuk mengkoneksikan komponen yang
dihubungkan melalui kabel (Prima, 2011).
Kesederhanaan dan fleksibilitas merupakan ciri utama dari I2C, kedua hal
tersebut membuat bus ini mampu menarik penggunaannya dalam berbagai aplikasi.
Fitur-fitru signifikan dari bus ini adalah (Prima, 2011). :
Hanya 2 jalur/kabel yang dibutuhkan.
Tidak ada aturan baud rate yang ketat seperti RS232, dibus ini IC yang
Hubungan master/slave berlaku antara komponen satu dengan yang lain, setiap
perangkat yang terhubung dengan bus mempunyai alamat unik yang diset
melalui software.
IC yang berperan sebgai master mengontrol seluruh jalur komunikasi dengan mengatur clock dan menentukan siapa yang menggunakan jalur komunikasi.
Jadi IC ang berperan sebagai slave tidak akan mengirim data kalau tidak
diperintah oleh master.
I2C merupakan bus yang mendukung multi-master yang mempunyai
kemampuan arbritasi dan pendeteksi tabrakan data.
Secara fisik sistem bus I2C terdiri dari 2 buah kawat aktif dan jalur catu daya
serta ground. Dua buah kawat aktif yaitu SDA yang merupakan kepanjangan dari
Serial Data dan SCL yang merupakan kepanjangan Serial Clock merupakan jalur
kawat dua arah (bidirectional). Dalam konsep komunikasi bus I2C hanya dibutuhkan
enam operasi dasar sederhana untuk mentransmisikan dan menerima informasi.
Keenam kode operasi itu adalah sebagai berikut :
1. Sebuah bit start.
2. Suatu alamat slave 7-bit.
3. Suatu bit read/write yang akan menentukan apakah slave akan berfungsi
sebagai transmitter atau receiver.
4. Suatu bit pemberitahuan (knowledge).
5. Bit pesan yang dibagi ke dalam segmen 8-bit.
6. Suatu bit stop.
Keuntungan yang didapat dengan menggunakan I2C antara lain :
1. Meminimalkan jalur hubungan antar IC.
2. Menghemat luasan PCB yang dibutuhkan .
3. Membuat sistem yang didesian berorientasi software(mudah diekspan dan
diupgrade).
4. Membuat sistem yang didesain menjadi standart, sehingga dapat dihubungkan
2.6 Sensor Arus
Untuk mendapatkan jumlah pemakaian energi listrik, terlebih dahulu diketahui jumlah
arus listrik yang dipakai. Dengan menggunakan sensor arus, hal ini dapat diwujudkan.
Sensor Ydhc SCT-013-000 merupakan salah satu sensor arus yang dapat mengukur
arus listrik sampai 100 A. Sensor ini menggunakan hukum biot-savart untuk
mendapat nilai arus listrik yang mengalir pada kabel.
2.6.1 Hukum Biot-Savart
Besarnya medan Magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik. Dipengaruhi
oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar
kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap
kawat semakin kecil kuat medan magnetnya.
Gambar 2.6.1 Medan Magnet di sekitar Kawat Lurus
Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat
medan magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan :
�
=
µ
˳
. I
2
�
.
�
Dengan rumus Hukum Biot-Savart, dapat ditentukan rumus yang berlaku pada Sensor
SCT-013-000 ketika dihubungkan dengan kawat yang dialiri arus listrik, maka
�
=
�
. 2
�
.
�
µ
˳
B = Medan magnet dalam tesla ( T )
μo = permeabilitas ruang hampa = 4π. 10−7Wb/amp. m
I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik
dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya
menggunakan operasi vektor. Berikut ditampilkan beberapa gambar yang
menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet. Arah medan magnet didaerah titik P
( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang menjauhi pengamat sedang didaerah
BAB III
ANALISIS DAN PERANCANGAN
3.1 Komponen yang digunakan
Dalam perancangan alat penghitung energi listrik terdapat beberapa peralatan dan
komponen yang digunakan. Peralatan digunakan untuk membuat papan PCB dan
dihubungkan ke Raspberry Pi. Komponen ini digunakan untuk membangun sirkuit
utama dan sensor. Berikut adalah tabel rincian dari peralatan dan komponen yang
digunakan.
Tabel 3.1 Tabel peralatan yang digunakan
Nama Alat Fungsi
Bor Listrik Untuk melubangi papan PCB
Solder dan timah Soldering
Cutter Memotong kaki komponen
Penggaris Alat ukur
Obeng Memasang dan membuka baut komponen
Multitester Digital Pengukuran satuan listrik
Glue Gun Pengeleman Komponen
Tabel 3.2 Rincian Komponen Elektronik
Nama Spesifikasi Keterangan
Raspberry Pi Model B Master/Pengendali utama kerja alat
Board Mikrokontroler
(Arduino) PCB
Tempat pengendali komponen
dan sensor arus listrik
Mikrokontroller ATMega328 Slave/Pengendali kerja komponen dan sensor arus
Sensor AC Current Sensor
SCT-013 Sensor daya listrik
Power Supply 5 volt, 2 Ampere Menghidupkan alat dan komponen
Power Line
Communication TP-LINK TL-PA4010P
Mengubah jalur listrik menjadi
jalur data dan suara
LCD 2x16 Menampilkan nilai arus listrik
Memory Card MicroSD Menyimpan database
perhitungan daya listrik
Komponen pasif Kapasitor, resistor, kristal,
LED Komponen sirkuit
Pin Konektor
Male 1x40 Konektor
Male 2x40 Konektor
Female 1x40 Konektor
Logic level Converter Bi-directional Menghubungkan 2 tegangan listrik yang berbeda
Kabel LAN 2 buah Menghubungkan alat penghitung
3.2 Analisis
Sebuah sistem yang akan dirancang haruslah dianalisa terlebih dahulu, dipelajari
masalah yang akan timbul serta menentukan kebutuhan sistem alat penghitung energi
listrik. Perhitungan energi listrik pada KWH analog dengan KWH digital sangat lah
berbeda. Setiabudi (2007) mengatakan tipe analog adalah peralatan yang menghitung
daya listrik dengan putaran atau rotasi piringan aluminium di KWH meter. Pada KWH
meter ini juga terdapat koil yang menghasilkan fluks magnet yang searah dengan arus
dan tegangan. Dengan dipasangnya koil ini, maka pada piringan aluminium ini akan
terdapat arus eddy yang selanjutnya menghasilkan gaya putar pada piringan
aluminium. Putaran aluminium ini selanjutnya menggerakkan counter yang
menunjukkan besarnya daya yang digunakan. Sehingga disimpulkan kecepatan
piringan aluminium menandakan besarnya daya yang sedang digunakan oleh
konsumen.
Untuk tipe digital, KWH meter menggunakan rangkaian elektronik sebagai
penghitungnya. KWH meter ini menggunakan sensor dan prosesor untuk menghitung
daya dengan pemberian parameter seperti tegangan dan arus. Sistem alat penghitung
energi listrik yang dirancang adalah sistem yang dapat menghitung pemakaian listrik
secara realtime yang disimpan ke dalam database dan ditampilkan melalui sebuah
website, sehingga setiap petugas yang ingin melihat pemakain listrik hanya perlu
mengakses alamat ip pada alat tersebut.
Sistem ini terdiri dari sebuah sensor yang berfungsi mengukur daya pemakaian
listrik yang mengalir pada kabel; sebuah lcd berukuran 2x16 berfungsi untuk
menampilkan nilai penggunaan daya listrik perdetik; sebuah mikrokontroler
ATMega328 yang berfungsi untuk melakukan perhitungan nilai dari sensor daya dan
diteruskan ke Raspberry Pi; sebuah mini komputer atau Raspberry Pi yang berfungsi
sebagai penyedia memori untuk database dan melakukan perhitungan sehingga hasil
yang didapat ditampilkan pada website dalam bentuk grafik; dua buah Power Line
Communication yang berfungsi untuk membuat jalur listrik dapat dilalui oleh data
dari alat penghitung energi listrik ke komputer maupun sebaliknya. Secara umum
Gambar 3.1 Hubungan Antara Komponen Utama
3.3 Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik
Alat penghitung energi listrik yang akan dibangun dirancang agar dapat menghitung
secara realtime dan akurat. Ada beberapa hal yang menjadi fokus dalam tahap
perancangan alat ini yaitu desain alat penghitung energi listrik, hubungan antar
komponen eletronik, dan website.
3.3.1 Desain Alat Penghitung Energi Listrik
Secara umum desain alat penghitung energi listrik terdiri dari 3 bagian, yaitu low level
interface, backend processing dan frontend processing. Berikut adalah penjelasan
masing-masing bagian tersebut.
3.3.1.1Low Level Interface
Low level interface merupakan bagian paling pertama dalam penghitungan energi
listrik, yaitu mengukur nilai arus yang mengalir pada kabel listrik dan nilai tersebut
a. Sensor arus bolak balik (AC Current Sensor)
Sensor arus bolak balik menggunakan jenis sensor SCT-013. Sensor ini
dipakai dengan cara salah satu ujungnya dikaitkan pada kabel listrik dan ujung
yang lain dihubungkan pada pin ke 23 pada mikrokontroler ATMega328.
Skema rangkaian dan gambar sensor SCT-013 dapat dilihat pada Gambar 3.2
dan Gambar 3.3.
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Arus
b. Display LCD
Setelah pengolahan data pada backend processing, nilai energi tersebut
ditampilkan ke LCD. LCD diperlukan agar petugas yang ingin melihat besaran
energi yang diukur tidak selalu melihat dari monitor komputer. Display LCD
menggunakan pin D4-D7, E, dan R/W yang dihubungkan ke pin D7-D12 pada
mikrokontroler ATMega328. Fungsi pin pada display LCD 2x16,
ringkasannya diberikan pada Tabel 3.3. Skema dan gambar display LCD 2x16
dapat dilihat pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5.
Tabel 3.3 Fungsi Pin Display LCD 2x16
Pin Simbol Nilai Fungsi
0 : memberitahu jalur sedang mengirimkan data ke
LCD
1 : memberitahu jalur sedang menunggu data yang
Gambar 3.4 Skema Display LCD 2x16
Gambar 3.5 Display LCD 2x16
3.3.1.2Backend Processing
Backend Processing adalah bagian kedua dalam pembuatan alat penghitung energi
listrik dan bagian utama dalam pengolahan data yang diperoleh dari sensor. Ketika
sensor mendapat nilai arus listrik, nilai tersebut diterima oleh pin A0 (Input Sensor)
ATMega328. Didalam mikrokontroler ATMega328 terdapat beberapa program
diantaranya program pembacaan sensor secara berulang (Sensor Routine),
menampilkan nilai pada LCD dan program I2C Bus. Hasil pembacaan sensor routine
yang berulang-ulang tersebut diolah dan dilanjutkan ke LCD dan frontend processing.
Untuk mengirim hasil pengolahan data ke LCD, mikrokontroler ATMega328
menggunakan pin D7-D12 ke pin D4-D7,En,R/W pada LCD. Sedangkan pengiriman
ke frontend processing, mikrokontroler ATMega328 menggunakan I2C Bus pada pin
A4, A5, GND ke pin GPIO 0, GPIO 1, GND pada Raspberry Pi. Skema rangkaian
Gambar 3.6 Skema Rangkaian PCB ATMega328
3.3.1.3Frontend Processing
Frontend processing adalah bagian ketiga dalam pembuatan alat penghitung energi
listrik. Bagian ini sebagai tempat penyimpanan database, pengolahan data, dan
website. Setelah data diterima oleh GPIO 0, GPIO1, dan GND, data tersebut di proses
oleh program kemudian disimpan kedalam sebuah memory card dan menampikan
hasil data tersebut kedalam sebuah website. Sehingga user ataupun petugas dapat
melihat pemakaian energi listrik secara realtime. Pada frontend processing ini hanya
ada Raspberry Pi, sebuah mini komputer yang memiliki OS berbasis linux. Raspberry
Pi memiliki memory card berjenis MikroSD yang berfungsi untuk menyimpan data
base dan website yang akan dibuat.
Untuk mengakses website yang disimpan pada memory card, dapat dilakukan
dengan mengunjungi alamat IP yang digunakan oleh Raspberry Pi. Adanya Ethernet
Port dan pengalamatan IP merupakan salah satu keuntungan dari Raspberry Pi.
Gambar 3.7 Raspberry Pi Model B
3.3.2 Hubungan antar Komponen Elektronik
Setelah mengetahui bagian-bagian dari desain alat penghitung energi listrik. Dapat
digambarkan flowchart dan hubungan masing-masing komponen elektronik seperti
pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9
Start
Menampilkan halaman login, eksekusi sensor
routine dan middle application
Arus, TDL, Cos φ = 0,8
Menampilkan web halaman utama, menampilkan nilai watt
pada display LCD, Menghitung jumlah watt
dan jumlah pemakaian dalam rupiah
Start
3.3.3 Perancangan Website
Ketika alamat IP tujuan diakses, Raspberry Pi akan menampilkan website yang ada
pada memory card. Website tampil dengan halaman login agar tidak setiap orang bisa
melihat atau mengakses alat tersebut. Jika benar memasukkan username dan
password, maka website menampilkan halaman utama yang berisi grafik penggunaan
listrik perdetik dan jumlah pemakaian listrik. Perancangan website ini terdiri dari 3
bagian yaitu, perancangan halaman login, perancangan halaman utama dan
perancangan halaman about.
3.3.3.1Perancangan Halaman Login
Sebelum masuk ke halaman utama, ada sebuah halaman login yang harus dilalui.
Halaman login ini bertujuan untuk membatasi/memberi otorisasi bagi siapa saja yang
mengakses web tersebut. Setiap melakukan login, inputan username dan password
dicocokkan dengan database, jika cocok maka user bisa masuk ke halaman utama.
Jika tidak, halaman login akan memberitahu username atau password salah.
Rancangan Halaman Login dapat dilihat pada Gambar 3.10
Gambar 3.10 Rancangan Halaman Login
Username
Password
3.3.3.2Perancangan Halaman Utama
Halaman utama berfungsi untuk menampilkan informasi pemakaian listrik. Halaman
ini berisi grafik pemakaian arus listrik perdetik, jumlah energi listrik perjam, jumlah
energi listrik perbulan, tombol about dan logout. Rancangan Halaman Utama dilihat
pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Rancangan Halaman Utama
Logout
Selamat Datang Mr. Indra G
Penggunaan energi perjam
xx.xx Wh
Arus
Detik
Penggunaan energi perbulan xx.xxWH Jumlah yang harus dibayar perbulan Rp. xxx
3.3.3.3Perancangan Halaman About
Halaman about berfungsi untuk menampilkan identitas penulis. Halaman ini berisi
nama, nim, logo Fakultas Ilmu Kompter dan Teknologi Informasi, program studi,
fakultas, universitas, kota, tahun dan tombol kembali. Rancangan Halaman About
dilihat pada Gambar 3.12
Gambar 3.12 Rancangan Halaman About
Nama
NIM
Logo
Program Studi
Fakultas
Universitas
Kota
BAB IV
IMPLEMENTASI SISTEM
4.1 Implementasi
Implementasi merupakan penerapan analisis dan perancangan sistem menjadi kode
pemrograman aplikasi dari sistem. Seluruh komponen dan alat yang telah
didefinisikan sebelumnya akan menjadi acuan dalam proses implementasi ini.
4.1.1 Lingkungan Implementasi
Lingkungan implementasi yang akan dijelaskan merupakan lingkungan perangkat
keras keras (hardware) dan perangkat lunak (software) yang digunakan dalam penulisan skripsi ini. Spesifikasi perangkat keras yang digunakan adalah sebagai
berikut :
1. Processor Intel® Core™ i5-3317U 1.7GHz 2. Memory RAM 4 GB
3. Harddisk 500 GB
Spesifikasi perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Operating system Microsoft Windows 8
2. Microsoft Office Word 2007
3. Microsoft Office Visio 2007
